在 Kitaev 磁体中搜寻 Majorana 费米子

Majorana 费米子是一种自身即为其反粒子的费米子。自 1937 年理论发现以来，这一奇异粒子在粒子物理中已被长期搜寻。然而在近几十年，它在凝聚态物理中重新引起关注，因其可作为物质量子态中的基本激发（准粒子）而实现。在本综述中，我们讨论 Majorana 费米子的另一平台——量子自旋液体，其中相互作用的磁矩在强量子涨落下直至最低温度仍保持无序。它们的特征是拓扑纠缠与分数化激发，其之于拓扑量子计算的潜在应用近来被深入讨论。作为此类奇异态的主要候选，我们在此聚焦于 Kitaev 磁体，即自旋轨道 Mott 绝缘体中的一个子类。在简要概述 Kitaev 模型及精确基态中自旋的分数化之后，我们回顾该快速发展领域近来的爆发式进展，重点置于有限温度下 Kitaev 模型的数值解及其与实验的对比。核心概念是热分数化——两类分数化激发在差异极大的温度下显现，这导致多种实验可测量量中呈现独特的热力学与自旋动力学。我们讨论此类作为分数化准粒子特征的奇特行为，并与 Kitaev 磁体候选材料的现有实验数据仔细比较。本综述概述了在 Kitaev 磁体中鉴别 Majorana 费米子的现状，可为进一步面向拓扑量子计算操控该奇异粒子的实验与理论研究奠定基础。